BAM将锂同位素作为判断电池老化程度的诊断工具。

联邦材料研究与测试研究所的研究人员发现，电池单元中两种锂同位素的分布与老化过程存在直接关联，犹如指纹一般。这一发现有助于更深入地了解电池的老化机制。

示意图：典型的电动汽车高压电池。

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锂离子电池的寿命受复杂的老化过程限制，而这些老化过程的成因往往难以区分。BAM的研究人员在《ACS Energy Letters》杂志上发表的文章中指出，通过检测电池内的锂同位素，可以获得有价值的见解。

具体而言，由Carlos Abad和Beatrice Battistella领导的团队利用电池中两种锂同位素的分布情况作为诊断老化过程的工具。BAM的一份新闻稿称，关键发现是：“这些同位素的特征痕迹和模式能够揭示其背后的降解机制。”

其背景是电池内部的多种复杂过程共同导致了性能衰退。“迄今为止，要明确识别这些老化机制并区分它们彼此之间仍然是一个未解决的问题。虽然传统的诊断方法能够表明电池正在老化，但它们往往只能提供有限的信息，无法说明性能衰退发生的时间、位置以及具体机制是什么，”联邦材料研究与测试研究所（BAM）如此解释道。

这种新开发的方法利用了天然锂由两种同位素组成这一事实：锂-6和稍重的锂-7。研究团队解释称，这两种同位素是同一化学元素的变体，仅中子数不同。在新型电池中，这两种锂同位素的分布比例与自然界中的碱金属一致，即2.4%对97.6%。

研究人员专门测试了一种正极由锂镍锰钴氧化物制成、负极为石墨的锂电池。科学家们发现，仅仅经过几次充放电循环后，锂-6就开始在负极处优先积累。再经过280次循环后，这种趋势愈发明显，而正极中的锂-7含量则显著增加。与此同时，电池的容量也下降了。

据BAM称，这一发现得益于高分辨率质谱技术，该技术能够逐层检测电极整个深度范围内的锂同位素分布情况。这些研究是在与英国的Nu Instruments Ltd.以及德累斯顿莱布尼茨固态与材料研究所（IFW Dresden）的合作下进行的。

Beatrice Battistella表示：“锂同位素的分布为了解锂离子电池的老化过程提供了直接信息。这些同位素相当于天然标记物，其分布状况有助于揭示电池工作时控制锂元素移动的机制以及变化发生的部位。”研究人员还证明，这些痕迹与电池容量的下降密切相关。

对于BAM而言，这些研究结果的重要性主要在于其在精确测量方面的应用潜力：未来无需仅通过容量下降来检测电池老化，而是可以根据电池单元中锂同位素留下的痕迹更早地追踪老化进程。“这有助于更精准地了解电池老化机制，对于有针对性地改进电池性能以及更准确地预测其使用寿命至关重要，”该研究所总结道。